CN102404818B - 一种卫星网络路由表的生成与更新方法 - Google Patents

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Abstract

一种卫星网络路由表的生成与更新方法，步骤为：(1)由星上路由器根据卫星的最大处理能力选择所述卫星网络中的K颗卫星(2)判断K颗卫星中是否有卫星的状态变化，如果发生变化则计算最优路径，并且根据最优路径生成局部路由表中的对应的表项；对于其余N-K个表项，仅给出可以到达的路径，之后将局部路由表中K个表项的信息拷贝到全局路由表中(3)由地面路由器判断N-K颗卫星中是否有卫星的状态发生变化，若有变化，由地面路由器实时收集N颗卫星的状态信息且计算生成全局路由表中所述K颗卫星对应的K个表项之外的路由信息。本发明可降低对星上的处理要求，局部路由表保证局部网络内选择的路径最优，全局路由表保证全网内的路径最优。

Description

一种卫星网络路由表的生成与更新方法
技术领域
本发明涉及一种卫星网络路由表的生成与更新方法，属于通信技术领域。
背景技术
卫星网络的建设是一个逐步完成的过程，不可能在建网初期将整个网络的卫星都发射升空，开始可能只是某几颗卫星，后续卫星不断加入整个网络。对于不断扩大的卫星网络，需要收集和计算的信息越来越多，相应的处理能力要求也就越来越高，但星上路由器的处理能力有限，无法象地面路由器那样随时进行升级和更新。另外，收集整个卫星网络的状态信息也会增加星间链路的负担。如果采用传统的方法仅由地面或卫星计算星上路由表，难以满足实时通信的需求，对星上处理能力要求较高。因此在卫星网络中有必要设计一种计算路由表的方法，以满足星上存储能力及处理能力的要求。
卫星网络现有的路由机制包括系统周期分割类型和覆盖区域分割类型。这两种路由都依赖于卫星网络运行的周期性和可预知性完成路由计算。系统周期分割类型路由计算通常由地面预先集中处理，卫星不需要实时计算，仅需定时更新路由表；覆盖区域分割类型无需预先进行路由计算，需要CPU根据路由策略以及流量负载、故障等情况在星上实时选择路径。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种卫星网络路由表的生成与更新方法，解决逐渐扩大的卫星网络对星上路由器处理要求不断提高的问题。
本发明的技术解决方案是：
一种卫星网络路由表的生成与更新方法，所述卫星网络中共有N颗卫星，N为正整数，星上路由器中包括局部路由表和全局路由表，局部路由表和全局路由表中均具有N个表项对应卫星网络中的N颗卫星，步骤如下：
(1)由星上路由器根据卫星的最大处理能力选择所述卫星网络中的K颗卫星，K为不大于N的正整数；
(2)由星上路由器判断所述K颗卫星中是否有卫星的状态发生变化，如果在K颗卫星之中有卫星的状态发生变化，则由星上路由器计算到达该K颗卫星中发生状态变化的卫星的最优路径，并且根据最优路径生成或更新局部路由表中的对应的表项，所述局部路由表中含有N个表项，对应所述卫星网络中N颗卫星；对于除去所述K颗卫星之外的其余卫星所对应的N-K个表项，星上路由器仅给出可以到达的路径，之后将局部路由表中所述K颗卫星对应的K个表项的信息拷贝到全局路由表中，之后进入步骤(3)；如果所述K颗卫星中没有卫星状态发生变化，则直接进入步骤(3)；
(3)由地面路由器判断除去所述K颗卫星之外的N-K颗卫星中是否有卫星的状态发生变化，若有卫星的状态发生变化，则进入步骤(4)；若没有，则返回步骤(2)；
(4)由地面路由器实时收集整个卫星网络中N颗卫星的状态信息，根据状态信息，地面路由器计算生成全局路由表中所述K颗卫星对应的K个表项之外的路由信息，即生成了全局路由表。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)降低了星上处理要求。
传统的星上路由器在星上计算路由表时需要获取整个网络的拓扑信息，计算复杂度高，本发明星上路由器只需要计算局部卫星网络的路由，保证局部卫星网络内路径最优，全局路由表由地面路由器计算。随着卫星网络的扩大，路由计算的处理要求越来越高时，本发明只需要提高地面路由器的处理能力，降低了星上处理要求。
(2)减轻了星间链路的负担。
本发明星上路由器只收集局部网络内各卫星的状态信息，不必收集全网的状态，传统的路由表生成方法星上路由器必须收集整个网络各卫星的状态。因此，本发明可减轻星间链路的负担。
(3)可根据网络的拓扑情况随时升级、更新地面路由器。
地面路由器计算整个网络的路由，生成全局路由表。随着卫星网络的不断扩大，可不断更新、升级地面路由器的处理能力。
(4)星上存储两个路由表，可互相备份。
星上存储局部路由表和全局路由表，局部路由表保证局部网络内选择的路径最优，全局路由表保证全网内的路径最优，两个表还可以起到互相备份的作用。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为建立全局路由表过程示意图。
具体实施方式
整个卫星网络系统包括地面终端(包括地面源端与地面目的端)、地面网络管理中心、地面路由器和星上路由器。其中，星上路由器与地面路由器共同完成整个卫星网络的路由计算。地面网管中心完成用户入网鉴权、记录每个入网终端的虚拟地址，维护虚拟地址与IP地址对应表、完成IP数据报目的端虚拟地址的查询等功能。
本发明中IP地址与虚拟地址的分配拟由地面网络管理中心完成。首先，地面终端开机时需要向地面网络管理中心进行入网注册，根据自己的物理地址、虚拟地址申请IP地址，同时由地面网络管理中心完成IP地址与虚拟地址之间的转换。当地面源端有数据需要发送时，首先向地面网络管理中心发送查询地址数据报，该数据报包含了地面源端IP地址、地面源端虚拟地址以及地面目的端IP地址。地面网络管理中心收到查询消息后，根据登记的IP地址与虚拟地址对应信息，将地面目的端对应的虚拟地址发送给地面源端。地面源端根据虚拟地址将IP数据报封装为星上交换数据格式并发送出去，卫星收到该数据后，查询卫星网络路由表将数据交换给下一跳卫星，直至将数据交换到地面目的端。
本发明提供了一种卫星网络路由表的生成与更新方法，所述卫星网络中共有N颗卫星，N为正整数，星上路由器中包括局部路由表和全局路由表，局部路由表和全局路由表中均具有N个表项对应卫星网络中的N颗卫星，如图1所示，步骤如下：
(1)由星上路由器根据卫星的最大处理能力选择所述卫星网络中的K颗卫星，K为不大于N的正整数；
所述卫星的最大处理能力是指该卫星能够同时收集并处理最多数量其他卫星状态信息的能力。例如：某一颗卫星可最多同时收集并处理网络中5颗卫星的状态信息，那么可选择K等于5。N为整个网络中卫星的数目，最初时N等于K，随着卫星网络的不断扩大，N也不断增长。
(2)由星上路由器判断所述K颗卫星中是否有卫星的状态发生变化，如果在K颗卫星之中有卫星的状态发生变化，则由星上路由器计算到达该K颗卫星中发生状态变化的卫星的最优路径，并且根据最优路径生成或更新局部路由表中的对应的表项，局部路由表中目的地为K颗卫星的表项包含数据流的标识、首选下一跳虚拟地址、首选输出端口号、备选下一跳虚拟地址、备选输出端口号；所述局部路由表中含有N个表项，对应所述卫星网络中N颗卫星，如表1所示；对于除去所述K颗卫星之外的其余卫星所对应的N-K个表项，星上路由器仅给出可以到达的路径，局部路由表中目的地为K颗卫星之外的表项包含数据报的标识、可达下一跳虚拟地址、可达输出端口号信息。之后将局部路由表中所述K颗卫星对应的K个表项的信息拷贝到全局路由表中，之后进入步骤(3)；如果所述K颗卫星中没有卫星状态发生变化，则直接进入步骤(3)；
表1星上局部路由表
Figure BSA00000650406000041
当K颗卫星网络拓扑发生变化，如K颗卫星的连接关系、链路的状态信息、链路拥塞和卫星失效时，星上路由器收集并更新其状态信息，并按照最新的状态信息更新局部路由表。
如果整个网络拓扑发生变化或有新的卫星加入到该网络时，星上路由器仅更新与K颗卫星相关的链路信息，并不收集整个网络的状态信息。
(3)由地面路由器判断除去所述K颗卫星之外的N-K颗卫星中是否有卫星的状态发生变化，若有卫星的状态发生变化，则进入步骤(4)；若没有，则返回步骤(2)；
(4)由地面路由器实时收集整个卫星网络中N颗卫星的状态信息，根据状态信息，地面路由器计算生成全局路由表中所述K颗卫星对应的K个表项之外的路由信息，即生成了全局路由表。全局路由表包含数据流的标识、首选下一跳虚拟地址、首选输出端口号、备选下一跳虚拟地址、备选输出端口号，如表2所示；
表2星上全局路由表
Figure BSA00000650406000052
如图2所示，下面就地面路由器计算并建立全局路由表中N-K个表项的过程简述其具体实施方式：
1.源卫星根据数据报的目的虚拟地址向地面路由器发送路由查询消息；
2.地面路由器根据源/目的虚拟地址，计算出路由，得到数据报的每一跳虚拟地址，将路由信息封装在路由信息数据报中，并向卫星发送路由信息数据报；
3.卫星节点收到路由信息数据报后，根据数据流编号建立全局路由表，路由表包含数据流的标识、首选下一跳虚拟地址、首选输出端口号、备选下一跳虚拟地址、备选输出端口号信息，同时按照路由信息数据报中下一跳信息将该数据报交换给下一跳卫星。
4.各卫星收到路由信息数据报后，根据数据流编号建立全局路由表，路由表包含数据流的标识、首选下一跳虚拟地址、首选输出端口号、备选下一跳虚拟地址、备选输出端口号信息，同时按照路由信息数据报中下一跳信息将该数据报交换给下一跳卫星，直至到达最后一跳卫星。
5.各卫星收到数据信息后根据数据流编号查询路由表，将数据信息转发下一跳卫星，直至到达地面目的端。
当数据报的目的虚拟地址为全网中的任何一颗卫星时，全局路由表给出了当前最优的下一跳地址。全局路由表的信息中包含了局部路由表，因此也可以作为局部路由表的备份。
如果整个网络拓扑发生变化(如N颗卫星的连接关系、链路的状态信息、链路拥塞和卫星失效)或有新的卫星加入到该网络时，地面路由器收集并更新其状态信息，根据最新的状态计算全局路由表，保证计算出的路由为最合适的路径。另外，随着卫星网络的扩大，路由计算越来越复杂，相应的地面路由器处理能力也要求提高，在地面计算路由可根据实际情况更新其路由器的处理能力。
星上路由器交换数据时，如果目的地址位于K颗卫星覆盖范围内，那么可选择局部路由表或全局路由表进行查表转发；如果目的地址位于K颗卫星覆盖范围之外，查找全局路由表可以得到最优的路径，查找局部路由表能够得到一条可达路径，但该路径不一定最优。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种卫星网络路由表的生成与更新方法，其特征在于：星上路由器中包括局部路由表和全局路由表，局部路由表和全局路由表中均具有N个表项对应卫星网络中的N颗卫星，N为正整数，步骤如下： 
(1)由星上路由器根据卫星的最大处理能力选择所述卫星网络中的K颗卫星，K为不大于N的正整数； 
(2)由星上路由器判断所述K颗卫星中是否有卫星的状态发生变化，如果在K颗卫星之中有卫星的状态发生变化，则由星上路由器计算到达该K颗卫星中发生状态变化的卫星的最优路径，并且根据最优路径生成或更新局部路由表中的对应的表项，所述局部路由表中含有N个表项，对应所述卫星网络中N颗卫星；对于除去所述K颗卫星之外的其余卫星所对应的N-K个表项，星上路由器仅给出可以到达的路径，之后将局部路由表中所述K颗卫星对应的K个表项的信息拷贝到全局路由表中，之后进入步骤(3)；如果所述K颗卫星中没有卫星状态发生变化，则直接进入步骤(3)； 
(3)由地面路由器判断除去所述K颗卫星之外的N-K颗卫星中是否有卫星的状态发生变化，若有卫星的状态发生变化，则进入步骤(4)；若没有，则返回步骤(2)； 
(4)由地面路由器实时收集整个卫星网络中N颗卫星的状态信息，根据状态信息，地面路由器计算生成全局路由表中所述K颗卫星对应的K个表项之外的路由信息，即生成了全局路由表。
2.根据权利要求1所述的一种卫星网络路由表的生成与更新方法，其特征在于：所述卫星的最大处理能力是指该卫星能够同时收集并处理最多数量其他卫星状态信息的能力。 
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